KR20080106273A - 편광 필름을 포함하는 편광 광학 요소 및 그 제조 방법 - Google Patents

편광 필름을 포함하는 편광 광학 요소 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20080106273A
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optical element
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film
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KR1020087023015A
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세드릭 베곤
알렉산드라 루스
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에실러에떼르나쇼날(꽁빠니제네랄돕띠끄)
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Abstract

본 발명은 투명한 광학 기부 요소(1)와, 편광 필름(2a)을 포함하는 층상 구초제(2)를 포함하는 편광 광학 요소에 관한 것이다. 편광 필름은 이색성 염료를 함유하고 일축으로 배향되어 있다. 층상 구조체는 적어도 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체(3)에 의하여 광학 기부 요소에 접합된다. 감압 접착제의 사용에 의하여, 편광 필름(2a)은 접합 중에 높은 편광 효율과, 특히 안과 용도와 같은 광학 요소의 여러 용도에 부합되는 광학 품질을 유지한다.

Description

편광 필름을 포함하는 편광 광학 요소 및 그 제조 방법{POLARIZING OPTICAL ELEMENT COMPRISING A POLARIZING FILM AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명은 이색성 염료(dichroic dye)계 편광 필름을 포함하는 편광 광학 요소에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그와 같은 편광 광학 요소를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 편광 광학 요소는 안과용 렌즈(ophthalmic lens)일 수 있다.
폴리비닐 알코올계 편광 필름을 광학 기부 요소(optical base element)와 결합하여 편광 광학 요소를 제조하는 방법은 공지되어 있다. 가장 일반적인 광학 기부 요소는 광학 렌즈이다.
실제로, 폴리비닐 알코올계 편광 필름은 오랜 기간 동안 상용화되어 왔으며, 그 편광 효율은 만족스럽다. 일반적으로 그러한 편광 필름을 얻기 위해서는, 이색성 염료 분자 및/또는 이색성 요오드 결정(iodine crystal)을 폴리비닐 알코올계 필름 내에 포함시킨 후에 일축으로 필름을 연신하여 연신 방향을 따라 이색성 염료 분자 및/또는 이색성 요오드 결정을 배향한다. 용어 “이색성 염료”는, 분자 또는 결정의 유형일 수 있고 특정 공간 방향에 대해 가시 전자기 복사파의 우선적 흡수성을 가지는 화학종(species)을 의미하는 것으로 이해된다. 이와 같이 얻어진 편광 필름은 고가이고 다양한 용도, 특히 안과 용도(ophthalmic application)에 적합한 광학 품질을 가진다. 일축 연신에 의한 이색성 염료 배향 기술에는, PVA 기재(substrate) 이외의 기재가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 즉 PET를 특히 예로 들 수 있다.
편광 필름을 포함하는 광학 요소를 제조함에 있어서 첫 번째 문제점은, 광학 기부 요소와 편광 필름 사이의 충분한 내구성이 있는 결합(cohesion)을 얻는 방법에 있다.
두 번째 문제점은, 광학 요소를 투과하는 광선의 경로를 교란시키지 않도록, 광학 요소의 표면에 대하여 편광 필름의 위치를 제어하는 방법이다. 이는, 편광 필름의 인덱스(index)가 일반적으로 광학 요소를 구성하는 재료의 인덱스와 다른 경우에, 최종 편광 제품에 대한 전체 면적에 걸쳐서 상당히 균일한 광학 품질을 얻기 위하여 중요하다. 특히, 편광 필름에 가장 인접한 광학 요소의 표면과 편광 필름의 표면 사이에 우수한 평행도(parallelism)를 가지는 것이 바람직하다.
이러한 목적으로, 광학 기부 요소의 재료의 특성에 따라, 편광 필름을 구비하는 광학 요소의 제조를 위하여 2가지 방법이 사용된다.
제1 방법은 광학 기부 요소가 열경화성 재료로 이루어진 경우에 사용된다. 일반적으로 소망 곡률로 예비 성형된 편광 필름은, 광학 기부 요소용 금형(mold) 내에, 금형의 2개의 대향 표면으로부터 소정 거리에 배치된다. 그 후, 열경화성 재료용 모노머 액체가 금형 내로 편광 필름 양면에 주입된다. 그 후, 액체와 편광 필름을 수용하는 금형을 가열함으로써 중합된다. 따라서, 두께 내에 편광 필름을 내 구적으로 포함하는 편광 요소가 얻어진다. 일반적으로, 대략 20시간 동안 90℃와 130℃ 사이의 최대 온도까지 가열함으로써, 중합이 실시된다. 그러한 중합 파라미터는, 중합될 물질이 CR39로 더 널리 알려져 있는 디에틸렌 글리콜-비스(알릴 카보네이트)인 경우에 특히 사용된다. 그러나, 그러한 가열은 제어되지 않은 조건에서 편광 필름을 손상시킬 수도 있다: 편광 필름의 색조가 변화할 수 있고/있거나, 공정 후에 필름의 편광 효율이 저하될 수 있고/있거나, 필름의 치수 안정성이 손상된다. 그러한 치수 변동은 작을지라도, 그리고/또는 필름의 그리핑(gripping)이 약간 부족하면, 필름의 표면 전체에 거쳐 편광 불균일성을 생성하는 편광 필름 내의 변형(strain)을 일으킬 수 있다. 또한, 금형 내의 편광 필름의 위치는 금형 내에 필름의 양면에 모노머 액체를 채우는 공정에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 중합 후에, 렌즈의 전면에 대한 필름의 위치는 얻어진 광학 요소의 여러 영역에서 제어 불가능하게 변동될 수 있다. 그러한 변동은 안과용 렌즈의 제조와 같은 특정 분야에 필요한 정밀도를 손상시킬 수 있다. 또한, 이 방법에 의해서는, 금형의 한 면과 편광 필름의 표면의 평행도가 존재하도록 보장하는 것이 곤란하다. 이는, 광학 요소의 표면의 곡률 반경이 연속적으로 변화하는 누진다초점(progressive) 형태의 편광 안과용 렌즈의 제조에 불리하다는 것이 밝혀졌다.
편광 필름을 구비하는 광학 요소를 제조하는 제2 방법은, 광학 기부 요소가 예를 들면 폴리카보네이트, 폴리아미드, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 열가소성 재료로 이루어진 경우에 사용된다. 편광 필름은 사출 성형 금형 내측에 금형의 한 면에 대향하도록 배치되고, 그 후 가열 열가소성 재료가 압력에 의해 사출된다. 사출되는 재료가 금형 내로 도입될 때의 온도는 고온이며, 예를 들면 폴리카보네이트 재료의 경우에는 전형적으로 270℃와 320℃ 사이의 범위이다. 이러한 방식으로, 허용 가능한 품질의 편광 광학 요소를 얻기 위해서는, 일축 연신된 편광 필름 재료가 PVA계인 경우에, 초기에 PVA 편광 필름을 2매의 보호 필름, 예를 들면 두께가 각각 0.4mm인 2매의 폴리카보네이트 필름 사이에 적층될 필요가 있다. PVA를 보호하는 필름은, PVA 편광 필름이 높은 사출 압력에 견딜 수 있도록 하는 기계적 결합력을 제공하고, 열가소성 재료가 사출되는 고온에 대하여 열적 보호 기능을 한다. 이러한 기능은, 보호 필름의 두께가 두꺼울수록 더욱 효과적으로 수행된다. 그러나, 사출 중에 편광 필름은 제어 불가능하게 변형을 받을 수 있고, 동시에 사출 재료의 고온에 의하여 손상될 수도 있다는 점에 유의하여야 한다. 또한, 이러한 필름들 중 하나는, 예를 들면 접촉 표면에서의 사출 재료와의 융합에 의하여, 광학 요소의 사출 재료와의 양호한 결합력을 보장한다는 점도 중요하다. 또한, 편광 필름의 광학 요소에 대한 반대쪽 면을 덮는 보호 필름은 실질적인 복굴절(birefringence)을 나타내지 않아야 하는데, 그 이유는 얻어진 최종 광학 요소의 편광 효율이 복굴절에 의해 감소할 수 있기 때문이다. 이로 인하여, 이러한 유형의 방법에 사용될 수 있는 광학 필름의 종류가 제한된다.
따라서, 본 발명의 한 목적은, 누진다초점 안과용 렌즈 제조의 경우를 포함하여, 장시간의 가열 단계를 필요로 하지 않으면서 간단하게 제조될 수 있고, 편광 필름의 광학 요소에 가장 인접한 면으로부터의 분리 거리를 제어함으로써 양호한 광학 품질을 나타내는 저가의 편광 광학 요소를 제안하는 것이다.
이러한 목적으로, 본 발명은,
- 광학 기부 요소(optical base element),
- 적어도 하나의 이색성 염료를 함유하고 배향되어 있는 적어도 하나의 편광 필름을 포함하는 층상 구조체(layered structure), 및
- 광학 품질의 감압(pressure-sensitive) 재료의 적어도 하나의 층을 포함하며, 광학 기부 요소의 한 면과 편광 필름을 포함하는 층상 구조체 사이에 배치되어 광학 기부 요소의 표면에 상기 층상 구조체를 영구적으로 유지하는 층상 구조체를 포함한다.
본 발명의 목적을 위하여, “광학 기부 요소”라는 표현은, 가시광 스펙트럼 내에서 100%와 8% 사이의 투과율(Tv)을 가지며 무색이거나 색조를 띤 투명 요소를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 목적을 위하여, “적어도 하나의 편광 필름을 포함하는 층상 구조체”라는 표현은, PVA계 또는 PET계와 같은 단지 하나의 편광 필름을 포함하는 구조체, 또는 적어도 한 면에 보호 필름을 구비하는 편광 필름을 포함하는 구조체를 의미하는 것으로 해석된다. 이하의 설명에서, 상기 층상 구조체는 편광 구조체라고 칭하기도 한다.
본 발명의 목적을 위하여, “적어도 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체”라는 표현은, 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 구조체, 또는 서로 동일하거나 상이할 수 있는 다수의 연속적인 감압 접착제 층을 포함하는 구조체를 의미하는 것으로 해석된다. 이에 대한 변형예로서, 선택적으로 2개의 감압 접착제 층 사이에 삽입 층(insert layer)이 존재할 수 있다. 따라서, 제1 감압 접착제 층, 삽입 층, 및 제2 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체는 본 발명에 당연히 포함된다. 이하의 설명에서, 상기 층상 구조체는 접착제 구조체라고 칭하기도 한다.
본 발명에 따른 편광 광학 요소에서, 편광 기능은 배향된 이색성 염료를 함유하는 필름에 의해 제공된다. 이 편광 필름은 현재 저가로 이용 가능한 유형의 층상 구조체의 일부를 형성한다. 이 구조체는, 적어도 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체에 의하여 광학 기부 요소에 접합된다. 따라서, 적어도 하나의 감압 접착제 층에 의해 편광 필름을 단순히 광학 요소의 표면에 접촉시킨 후에 압력을 가함으로써, 광학 필름은 광학 기부 요소에 접합된다. 이는, 광학 요소의 표면으로부터 제어된 거리에 필름을 유지시킬 필요가 있는 방법과는 달리, 복잡한 도구의 사용 없이 신속히 실행될 수 있다.
광학 기부 요소는, 특히 안과용 렌즈, 헬멧의 보안경(helmet sight), 관찰 또는 측정용 광학 요소 등과 같은 표준형 구성품일 수 있다. 따라서, 광학 기부 요소의 제조와 무관하게 그리고 열경화성 또는 열가소성 특성과 무관하게, 편광 층상 구조체의 접합이 일어난다. 이는 편광 기능을 제공함에 있어서 상당한 융통성을 제공한다. 특히, 편광 필름은, 소매상의 소재지 근처에서 또는 고객의 특정 요구에 따라, 광학 기부에 결합될 수 있다. 그 결과, 재고 관리가 간단해진다.
안과용 렌즈의 경우에, 편광 층상 구조체는 렌즈의 전면(일반적으로 안과용 렌즈의 전면이라고 칭하는 면)에 배치되는 것이 바람직하고, 따라서 시각용으로 사용될 경우, 광학 기부 요소에 발생할 수도 있는 복굴절은 렌즈의 편광 효율을 감소시키지 않는다. 본 발명의 목적을 위하여, “안과용 렌즈”라는 용어는 눈의 보호 및/또는 시력 교정의 목적으로 안경테에 끼워지는 렌즈를 의미하는 것으로 이해되고, 이러한 렌즈는 무한초점(afocal), 일초점, 이초점, 삼초점 및 누진다초점 또는 가변초점(varifocal) 렌즈로부터 선택된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 감압 접착제 층, 즉 PSA를 포함하는 층상 구조체의 사용은, 편광 필름을 포함하는 다층 구조체가 간단하고 저렴하게 광학 기부 요소의 표면에 부착될 수 있도록 하면서 광학 요소의 굴절성을 유지하므로 특히 바람직하다. 모든 PSA는 공통적으로, 영구적으로 접착성(tack)을 나타내는 특성과 실온에서 전형적으로 103Pa과 107Pa 사이의 낮은 탄성 계수를 가진다. 그와 같은 접착제에 관련된 접착 기구(adhesion mechanism)는 화학적 결합을 포함하지 않으나, PSA 재료의 특별한 점탄성에 기초한다. 각 PSA 제형(formulation)의 고유한 이러한 성질은 특히 접합 계면에서 정전기 반 데어 발스 상호작용을 형성시키는 것을 가능하게 한다. 이는 PSA가 압력을 받아 고상 재료와 접촉할 때에 발생하는 현상이며, 가압력과 PSA의 낮은 탄성 계수는 PSA가 분자 규모로 피접합 재료의 표면 형상(topology)과 밀착하는 것을 보장할 수 있게 한다. 또한, PSA의 체적 점탄성(bulk viscoelastic property)은, 접착제 층의 두께 내에서, 접합 계면의 기계적 응력에 기인하는 에너지를 발산하는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 박리(debonding) 기구에 대해 견디도록 한다.
또한, PSA 접착제를 0.5㎛과 300㎛ 사이의 두께의 얇고 균일한 층의 형태로 부착할 수 있는 가능성은, 광학 기부 요소가 광학 렌즈 또는 안과용 렌즈일 경우에, 광학 요소의 해당 공간 영역에 무관하게 공칭력(nominal power)을 손상시키지 않는다. 이러한 방식으로, 편광 필름의 접합은, 광학 기부 요소가 누진다초점 안과용 렌즈일 경우에 필요로 하는 정밀도에 부합할 수 있다.
감압 접착제의 사용은, 영구 접합을 얻기 위하여 자외선 조사와 같은 조사 또는 강한 가열을 필요로 하지 않는다. 따라서, 광학 필름은 그와 같은 조사 또는 가열에 의해 손상되지도 않고 품질이 저하되지도 않는다.
감압 접착제 층상 구조체 형상을 위하여 여러 감압 접착제가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 감압 접착제는, 폴리아크릴레이트계 화합물, 스티렌계 블록 공중합체 및 천연 고무를 포함하는 혼합물 중에서 선택된다. 특히, PSA에 대한 비제한적인 예로서, 폴리아크릴레이트계, 폴리메타크릴레이트계, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 및 에틸렌 에틸 메타크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌 공중합체계의 일반적인 조성을 가지는 PSA, 실리콘, 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌을 포함하는 합성 고무계 및 탄성중합체계 PSA, 니트릴 또는 아크릴로니트릴을 함유하는 폴리머계 PSA, 폴리클로로프렌계 PSA, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔을 포함하는 블록 공중합체계 PSA, 폴리비닐피롤리돈 또는 비닐피롤리돈 공중합체계 PSA, 및 전술한 폴리머와 이로부터 얻어진 블록 공중합체의 조성물과 혼합물(상이 연속 또는 불연속)을 들 수 있다는 점을 언급해 둔다. 이러한 PSA는, 특히 점착제(tackifier), 가소성제(plasticizer), 결합제(binder), 산화방지제(antioxidant), 안정화제(stabilizer), 안료, 염료, 분산제 및 확산제 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 제형 내에 포함할 수도 있다. 본 발명과 관련하여, 폴리아크릴레이트계를 사용하는 것이 바람직하다.
접착 구조체는, 효과적인 접합의 보장 및 균일한 두께 유지를 위하여, 전체 두께가 0.5㎛와 300㎛ 사이, 바람직하게는 2㎛와 100㎛ 사이의 범위이다.
바람직하게는, 편광 필름은 폴리비닐 알코올계 즉 PVA계이고, 전형적으로 두께가 5㎛와 200㎛ 사이의 범위이다. 대안적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계 즉 PET계일 수 있고, 두께가 50㎛와 500㎛ 사이의 범위이다. 높은 편광 효율을 가질 수 있는 그러한 편광 필름은 상용화되어 있다.
광학 기부 요소는, 적어도 하나의 폴리카보네이트 화합물계, 적어도 하나의 폴리아미드 화합물계, 디에틸렌 글리콜-비스(알릴 카보네이트) 폴리머계 또는 공중합체계, 티오우레탄 폴리머계 또는 공중합체계, 또는 에피설파이드 폴리머계 또는 공중합체계의 재료 부분을 포함할 수 있다. 그러나, 감압 접착제 층의 사용에 의하여, 본 발명은, 광물, 유기물 또는 가능한 복합재든지 간에 어떠한 재료로 이루어진 광학 기부 요소에 대해서도 실시 가능할 수 있다. 일반적으로, 광학 기부 요소가 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리카보네이트 공중합체, 폴리올레핀, 특히 폴리노보넨, 디에틸렌 글리콜-비스(알릴 카보네이트) 폴리머 및 공중합체, 메타크릴/아크릴 폴리머 및 공중합체, 특히 비스페놀 A로부터 유도된 메타크릴/아크릴 폴리머 및 공중합체, 티오메타크릴/티오아크릴 폴리머 및 공중합체, 우레탄 및 티오우레탄 폴리머 및 공중합체, 에폭시 폴리머 및 공중합체, 및 에피설파이드 폴리머 및 공중합체로부터 선택된 하나 이상의 폴리머를 포함하는 경우에, 본 발명은 용이하게 실시될 수 있다.
본 발명은, 특히 전술한 2가지 종래의 제조 방법, 즉 한편으로는 광학 필름의 양면에 열경화성 수지를 성형하는 방법과, 다른 한편으로는 2매의 보호 필름이 적층된 편광 필름에 대하여 열가소성 폴리머를 사출하는 방법을 통하여 얻어질 수 있는 두께에 비하여, 작은 두께를 가진 편광 광학 요소를 제조하는 것을 가능하게 한다. 얇은 편광 렌즈를 얻을 수 있는 가능성은, 렌즈가 부정시-교정(ametropia-correcting) 안과용 렌즈일 경우에 특히 바람직하며, 렌즈의 두께 감소에 수반하여 중량 감소가 이루어지고 그에 따라 렌지를 장시간 착용하는 사람은 보다 편안함을 느낄 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은, 광학 기부 요소로서, 적어도 굴절률이 1.6인 고굴절률의 부정시-교정 렌즈의 용도와 결합될 수 있으므로 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 편광 구조체는 편광 필름을 보호하기 위한 적어도 하나의 보호 필름을 또한 포함한다. 그러한 보호 필름은 편광 필름이 광학 기부 요소와 결합되었을 때에 품질이 저하되는 것, 예를 들면 우발적인 찢어짐(tearing), 긁힘(scratching), 또는 편광 필름 재료 내로의 이물질의 확산에 의한 품질 저하를 방지한다. 또한, 보호 필름은 편광 구조체를 보강 및 강화함으로써, 편광 필름이 단독으로 처리될 경우와 비교하여 편광 필름이 용이하게 다루어질 수 있도록 한다.
편광 구조체가 하나의 보호 필름만을 포함하는 경우에, 보호 필름은 편광 필름의 광학 기부 요소로부터 반대쪽 면에 배치되는 것이 바람직하다. 실제로, 최종적으로 얻어진 편광 광학 요소 내에, 편광 필름은 보호 필름과 광학 기부 요소 사이에 샌드위치형으로 배치되고, 따라서 편광 필름의 양면은 화학적 또는 기계적 손상이나 오염에 대하여 보호된다. 또한, 보호 필름 상에 적어도 하나의 기능성 코팅층이 배치될 수 있다. 그러한 코팅층은 광학 요소에, 광반사 제거, 충격과 긁힘에 대한 보호, 및/또는 오염에 대한 보호와 같은 추가 기능을 부여할 수 있다. 보호 필름이 화학적으로 비반응성(inert) 재료로 이루어진 경우에, 그러한 코팅층은 사실상 보호 필름 상에 용이하게 배치될 수 있다. 특히, 보호 필름은 셀룰로스 트리아세테이트(TAC)계, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB)계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)계, 폴리카보네이트계 또는 폴리아미드계일 수 있다.
편광 필름은 2개의 보호 필름을 포함할 수도 있으며, 보호 필름은 편광 필름 양면에 각각 배치된다. 그 결과, 특히 상기 층상 구조체가 광학 기부 요소에 부착되지 않을 때에도, 편광 필름을 보호한다. 또한, 그와 같은 보호는, 감압 접착제를 포함하는 층상 구조체의 화학 성분과 편광 필름의 상호반응 또는 편광 필름의 화학 성분과 층상 구조체와 상호반응을 방지하고, 화학 성분에 의한 편광 필름의 광학 특성의 손상도 방지한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 편광 광학 요소를 제조하는 방법을 또한 제공한다. 그러한 방법에 있어서, 광학 구조체와 광학 기부 요소 사이에 접착제 구조체가 배치된 상태에서, 편광 구조체는 광학 기부 요소에 대하여 가압된다. 본 발명에 따르면, PSA의 영구적인 접착성은, 관련 층상 구조체를 편광 필름에 접합하고 광학 제품(article)으로의 영구적인 밀착 접착성을 보장하기 위하여 이러한 기능이 사용될 때를 선택할 수 있도록 한다. 따라서, PSA에 구비된 영구적인 접착성에 의해 제조 라인의 관리를 계획할 수 있으나, 접합하고자 하는 편광 필름과 관련된 층상 구조체와 PSA 사이에 (수 kg/㎠의) 압력이 가해진 후에만 모든 특성이 활용된다.
본 발명의 다른 특징과 장점은, 비제한적이고 예시적인 실시예에 관한 이하의 설명과 첨부 도면을 참조함으로써 명확해질 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 3종류의 편광 광학 요소의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 편광 광학 요소를 제조하기 방법에 사용될 수 있는 제1 가압 장치를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 편광 광학 요소를 제조하기 위한 방법에 사용될 수 있는 제2 가압 장치를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4f는, 도 3a 내지 도 3c의 가압 장치를 사용하여, 본 발명에 따른 편광 광학 요소를 제조하기 위한 방법의 여러 단계를 나타낸다.
도 5는, 도 3a 내지 도 3체 도시된 가압 장치의 변형 실시예로서, 본 발명에 따른 편광 광학 요소를 제조하기 위한 방법에 사용될 수 있는 변형 실시예를 나타낸다.
도면의 명확화를 위하여, 도시된 요소들의 치수는 실제 비율로 도시되어 있지는 않다. 또한, 다른 도면의 동일한 도면부호는 동일 요소 또는 동일 기능을 가 진 요소를 나타낸다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 안과용 렌즈(ophthalmic lens)(1)는, 착용자에 의해 사용될 때의 방향을 기준으로 전면 또는 볼록면에 편광 필름(2a)이 코팅되어 있다. 렌즈(1)는 디에틸렌 글리콜-비스(알릴 카보네이트) 폴리머 또는 공중합체로 이루어진 부정시-교정(ametropia-correction) 렌즈, 특히 누진다초점(progressive) 또는 가변초점(varifocal) 렌즈 형태의 부정시-교정 렌즈일 수 있다. 그러한 물질은 CR39라는 이름으로 상용화되어 공지되어 있고, 굴절률이 대략 1.5이다. 렌즈(1)는 광학 기부 요소를 구성한다.
편광 필름(2a)은 주로 폴리비닐 알코올 즉 PVA로 이루어진다. 편광 필름은 1종 이상의 유형의 분자로 이루어질 수 있는 이색성 염료(dichroic dye)를 또한 함유하며, 이색성 염료는, 필요한 편광 효과와 색상이 얻어지도록, 소정량이 선정되어 필름 내에 포함될 수 있다. 필름은 이색성 염료 분자가 일축 배향되도록 특정 방향으로 연신된다. 필름(2a)의 편광 효과는 이러한 방향성에 기인한다. 필름(2a)은 두께가 5㎛ 내지 200㎛이고, 예를 들면 40㎛이다.
편광 필름(2a)은 감압(pressure-sensitive) 접착제 층(3)에 의하여 렌즈(1)의 볼록면에 접합된다. 접착제 층(3)은 폴리아크릴레이트로 이루어질 수 있고, 예를 들면 두께가 25㎛이다. 이 층은, 접합에 의해, 편광 필름(2a)을 렌즈(1)의 볼록 표면에 영구히 유지시킨다.
도 1b에 도시된 편광 광학 요소에서, 편광 필름(2a)은 필름(2a)의 렌즈(1)로부터 반대쪽에 보호 필름(2b)이 코팅되어 있다. 이와 같이, 편광 필름(2a)은 광학 요소의 사용 중에 발생할 수도 있는 오염이나 긁힘으로부터 보호된다. 보호 필름(2b)은 예를 들면 셀룰로스 트리아세테이트(cellulose triacetate)로 이루어질 수 있고 두께가 대략 80㎛이다. 따라서, 필름(2a)과 필름(2b)은 함께, 렌즈(1)에 의해 볼록면 상에 지지된 편광 층상 구조체(2)를 구성한다. 선택적으로, 충격-저항성, 반사 방지성, 내마모성, 내오염성, 방담성(antifogging function), 대전 방지성(antistatic function) 또는 이러한 기능의 몇몇 조합을 광학 요소에 추가로 부여하도록, 추가 코팅층(도시 생략)이 예를 들면 필름(2b)의 외측 면상에 배치될 수 있다.
도 1c에 도시된 편광 광학 요소에서, 편광 구조체(2)는, 편광 필름(2a)과 외측 보호 필름(2b)과 함께, 제2 보호 필름(2c)을 포함한다. 필름(2b)과 필름(2c)은 동일할 수 있고, 편광 필름(2a)을 양면에서 보호하도록 편광 필름(2a)을 사이에 두고 배치된다. 따라서, 보호 필름(2c)은 편광 필름(2a)과 접착제 층(3) 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 편광 광학 요소를 제조하는 방법에 대하여 이하에서 설명한다. 설명을 위하여, 도 1c에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 보호 필름(2b, 2c) 사이에 배치된 편광 필름(2a)을 포함하는 편광 구조체(2)를 예로 들기로 한다. 그러한 구조체는 롤(roll) 단위로 구매된 후에, 접합하고자 하는 광학 요소의 치수보다 큰 치수로 절단된다.
이러한 방법의 제1 변형 실시예에서, 우선 감압 접착제 층(3)을 포함하는 접착제 구조체가 렌즈(1)의 볼록면에 부착된 후에, 편광 구조체(2)가 감압 접착제 대 해 가압되어 완성된 조립체가 얻어진다. 이 방법은 감압 접착제가 전술한 바와 같이 접착제 구조체인 경우에도 적용된다. 초기에 접착제 층(3)은 2개의 박리형 라이너(peelable liner) 사이에 배치된 연속 필름인 것이 바람직하다. 그 후 접착제 층(3)은 아래의 단계의 실시에 의해 렌즈(1)의 볼록면으로 이전될 수 있다.
/a1/ 2개의 박리형 라이너 중 하나를 박리하여 접착제 층(3)의 일면을 노출하는 단계,
/b1/ 접착제 층(3)의 2개의 박리형 라이너 중 나머지 하나를 통해 렌즈(1)의 전면 상에 접착제 층(3)의 노출면을 가압하는 단계, 및
/c1/ 2개의 박리형 라이너 중 나머지 하나를 박리하여 접착제 층(3)의 나머지 한 면을 노출하는 단계.
그와 같은 접착제의 사용은 실용적인 관점에서 특히 바람직하다. 따라서, 단계 /b1/ 동안에, 접착제 층(3)이 렌즈(1)와 접촉하는 면으로부터 접착제 층(3)의 반대쪽 면에 제2 박리형 라이너가 계속해서 존재하므로, 접착제 층(3)은 이 단계 중에 모든 기계적, 물리적 또는 화학적 손상으로부터 완전하게 보호된다.
단계 /a1/과 /b1/ 사이에, 접착제 층(3)에 지지되어 잔존하는 박리형 라이너는 가열되어 연화될 수 있다. 따라서, 잔존하는 박리형 라이너와 접착제 층(3)이 렌즈(1)의 볼록면의 형상에 적합하도록 변형되면, 단계 /b1/은 보다 용이하게 실시될 수 있다.
그 후, 접착제 층(3)은 렌즈(1)에 의해 볼록면 상에 지지되고, 후술할 후속 단계 /d1/ 중에 가압되는 편광 구조체(2)와 접촉하는 노출면을 구비한다. 따라서, 단계 /b1/ 후에, 감압 접착제가 접착 성능(tack capability)을 계속 유지하면, 접착제(3)이 제공된 렌즈(1)는 이송 또는 저장될 수 있다.
편광 광학 요소를 제조하는 방법의 제2 변형 실시예에 따르면, 접착제 층(3)은 우선 편광 구조체(2) 상에 가압되고 나서, 편광 구조체(2)를 통해, 접착제 층(3)의 편광 구조체(2)로부터 반대쪽의 렌즈(1)에 가압된다. 이 방법은 감압 접착제가 접착제 구조체인 경우에도 전술한 바와 같이 적용된다. 접착제 층(3)은 초기에 2개의 박리형 라이너 사이에 배치될 수 있다. 그 후 접착제 층(3)은, 렌즈(1)로 이전되는 경우에 대해 전술한 방법과 유사하게, 편광 구조체(2)로 이전될 수 있다. 그러나, 편광 구조체(2)가 가요성 필름의 형태라면, 편광 구조체(2) 상으로 이전하는 것이 더욱 간단한다. 그러한 이전은 다음의 단계를 포함한다.
/a2/ 2개의 박리형 라이너 중 하나를 박리하여 접착제 층(3)의 제1 면을 노출하는 단계,
/b2/ 접착제 층(3)의 2개의 라이너 중 나머지 하나를 통해, 접착제 층(3)의 제1 노출면을 편광 구조체(2) 상에 가압하는 단계, 및
/c2/ 2개의 박리형 라이너 중에서 나머지 하나를 박리하여 접착제 층(3)의 제2 면을 노출하는 단계.
후속 단계 /d2/ 중에, 편광 구조체(2)를 통해 감압 접착제 층(3)의 노출된 제2 면은 렌즈(1)의 표면에 대해 가압된다.
이송 방법의 이러한 2개의 변형 실시예는, 접착제 층상 구조체가 필름 형태의 감압 접착제 층 또는 층들을 포함하는 경우와 관련이 있다. 감압 접착제가 액상 으로 패키징되어 있는 경우에, 광학 요소의 한 면 또는 편광 구조체의 한 면에, 또는 광학 요소의 한 면 및 편광 구조체의 한 면에 액상 형태의 감압 접착제를 부착함으로써, 본 발명의 과제를 달성할 수도 있다는 점을 용이하게 이해할 수 있다. 이 경우에, 감압 접착제는 스핀 코팅, 분무 코팅과 같은 당업자에게 공지된 기술 또는 예를 들면 커튼 코팅기(curtain coating machine)의 사용에 의해 부착될 수 있다.
접착제 층상 구조체를 적용하는 방법의 각 변형 실시예에서, 접촉 표면은 접착성이 향상하도록 예비 처리될 수 있다. 화학적, 물리적 또는 물리-화학적 표면 처리는 소정의 접촉 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 코로나 방전 처리는, 렌즈의 표면 및/또는 접착제 구조체(3)가 부착되는 편광 구조체(2)의 면에 실시될 수 있다. 예를 들면 코로나 방전, 플라즈마, 산 또는 염기 처리, UV 조사와 같이, 처리 표면의 표면 에너지 및/또는 극성을 증가시킬 수 있는 다른 표면 처리가 사용될 수 있다.
2개의 변형 실시예의 각 방법에서, 편광 구조체(2)는 렌즈(1)의 표면에 대해 가압되기 전에 미리 성형될 수 있다. 선택적으로, 편광 구조체(2)는 평균 곡률 반경이 렌즈(1)의 표면의 평균 곡률 반경보다 크도록 미리 성형된다. 그러한 예비 성형은, 편평한 초기 형상과 렌즈(1)의 볼록 표면에 의해 부여된 최종 형상 사이의 중간 형상을 편광 구조체(2)에 부여한다. 따라서 렌즈(1)에 구조체(2)를 부착하는 것이 보다 용이하게 되고, 구조체 내에 주름(pleat), 늘어남(stretching) 또는 찢어짐(tearing)이 발생하지 않는다.
편광 구조체(2)의 예비 성형은 여러 방법으로 실시될 수 있다. 특히, 이는 열성형(thermoforming) 작업을 포함할 수 있고, 열성형 작업 중에 편광 구조체(2)가 가열된 후에 변형된다. 열성형의 온도는 편광 구조체(2) 내에 포함된 편광 필름(2a)을 손상시키지 않도록 제한된다는 점에 주의하여야 한다. 예를 들어 PET 편광 필름 또는 2개의 TAC 보호 필름 사이에 적층된 PVA계 편광 필름의 경우에, 예비 성형 온도는 대략 80℃와 190℃ 사이의 범위일 수 있고, 이 온도는 수 초 내지 1분 사이의 시간 동안 유지된다. 예를 들면 미국 공개특허공보 제US 2005/0121935호에 기재된 바와 같은 열성형 장치가 사용될 수 있다. 필름의 완전한 기능 유지를 가능하게 하는 당업자에게 공지된 다른 열성형 장치가 사용될 수 있다. 우선 접착제 구조체(3)가 편광 구조체(2)에 가압되는 경우에, 편광 구조체(2)가 접착 구조체(3)와 함께 예비 성형된 후에, 편광 구조체(2)를 통해 접착제 구조체(3)가 렌즈(1)에 가압된다. 접착제 구조체(3)가 우선 렌즈(1)에 가압되는 경우에는, 접착제 구조체(3)가 렌즈(1)로 이전되기 전에, 렌즈의 볼록면과 유사한 형상을 가지는 몰드에 의해 편광 구조체(2)가 예비 성형될 수 있다.
그 후 편광 구조체(2)는, 접착제 구조체(3)가 렌즈(1) 또는 편광 구조체(2)에 의해 이미 지지되는지에 따라 단계 /d1/ 또는 /d2/ 중에, 렌즈(1)의 볼록면에 대해 가압된다. 단계 /d1/ 또는 /d2/는, 예를 들면 프랑스 특허출원 제FR 05/03306호에 기재되어 도 2에 도시된 장치의 사용에 의해 실시될 수 있다. 그러한 장치는 저압 체임버(100)와 강성 구조체에 의해 체임버(100) 상방에 지지된 가압 시스템(110)을 포함한다.
저압 체임버(100) 자체는, 예를 들면 수직 축을 가진 원통형의 측벽(101)을 구비한다. 체임버는, 벽(101)의 상부 둘레 가장자리에 고정된 격막을 유지하기 위한 파지 링(clamping ring)(102)을 구비한다. 따라서 체임버(100)는 그 상측이 밀봉 상태로 폐쇄된다. 체임버(100)는 기초부(10) 상방에 일정한 높이에 배치된다. 체임버(100)의 하면을 관통하는 수직 축의 원통부(11)와 피스톤(12)은, 요소 홀더(13)가 체임버(100) 내에서 수직 방향으로 이동할 수 있게 한다. 잠금 시스템(14)은 요소 홀더(13)의 높이를 고정할 수 있게 하며, 벽(101)은 가스 유입구(103)와 유출구(104)를 구비한다. 유출구(104)는 펌핑 유닛(도시 생략)에 연결된다.
가압 시스템(110)은, 수직 활주로(slideway)(112)에 장착되고 변위 시스템(113)에 의해 이동 가능한 패드(111)를 포함한다. 그와 같은 변위 시스템은, 예를 들면 병진 나사(translation screw)를 구동하는 스테퍼 모터를 포함할 수 있다. 압전 요소를 포함할 수 있는 압력 검출기(114)는, 패드(11)가 체임버(100)의 밀봉 격막을 가압하는 힘을 측정할 수 있도록 한다.
편광 구조체(2)는 링(102)에 의해 체임버(100)에 고정되다. 접착제 구조체(3)가 미리 편광 구조체(2)에 이전되어 있는 경우에, 편광 구조체는 접착제 구조체(3)가 체임버(100)의 내측을 향하도록 배치된다.
렌즈(1)는 볼록면이 위로 향하도록 요소 홀더(13)에 고정된다. 적어도 하나의 감압 접착제 층(3)이 미리 렌즈(1)로 이전된 경우에, 볼록면은 접착제 층(3)을 포함하는 층상 구조체를 지지한다.
그 후, 여러 단계로 편광 구조체(2)와 렌즈(1)를 접촉시킴으로써, 편광 구조체(2)는 렌즈(1)에 부착될 수 있다.
패드(111)가 하강하여 편광 구조체(2)의 중앙부를 체임버(100)의 내측으로 가압한다. 구조체(2)가 그 주위를 따라 링(102)에 의하여 견고하게 고정된 경우, 편광 구조체(2)는 변형되어 패드(111)의 하측 단부의 형상에 상응하는 곡선 형상을 가지게 된다. 이와 같이 편광 구조체(2)에 부여된 곡률은, 제2 단계 중에 렌즈가 상승하여 편광 구조체(2)와 접촉할 때에, 렌즈(1)와의 점접촉을 보장한다. 체임버(100) 내측에 진공을 생성함으로써, 편광 구조체(2)와 접촉하게 되는 렌즈(1)의 이동이 이루어진다. 따라서, 체임버(100) 내에 초기에 존재하던 가스가 유출구(104)를 통해 추출됨에 따라, 피스톤(12)은 점진적으로 상승한다. 편광 층상 구조체(2)와 렌즈(1)의 볼록면 사이에 접착제 층(3)을 통하여 점접촉이 이루어졌을 때에, 피스톤(12)의 높이는 잠금 시스템(14)에 의해 고정된다.
최종적으로, 제3 단계 중에, 패드(111)는 다시 하강하여 편광 구조체(2)를 가압하는데, 편광 구조체(2)의 렌즈(1)로부터 반대쪽 면을 가압한다. 가압력은 검출기(114)에 의해 제어된다. 가압력은, 편광 구조체(2)에 미치는 압력이 예를 들면 수 kg/㎠이 되도록 선정될 수 있다. 이와 같이, 구조체와 렌즈 사이에 접착제 층(3)이 배치된 상태에서, 편광 구조체(2)는 렌즈(1)의 볼록면 전체에 대해 가압된다. 패드(111)의 단부는, 렌즈(1)의 면 전체에 편광 구조체(2)가 균일하게 부착되도록 가요성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
그 후 패드(111)는 상승하고, 체임버(100) 내의 흡인이 중단되고, 링(102)의 고정이 해제된다. 렌즈(1)가 장치로부터 분리되며, 접착제 구조체(3)에 의해 볼록면 상에 접합된 편광 구조체(2)는 누진다초점 안과용 렌즈의 경우와 같은 광학 기부 요소의 형상과 정확히 일치한다. 이와 같이 편광 필름(2a)이 제공된 렌즈(1)는 편광 기능과 만족스러운 광학 품질을 가지며, 렌즈의 안과 용도에 부합하게 된다. 본 발명자들은, 렌즈(1)로의 편광 구조체(2) 적용이 필름(2a) 내의 이색성 염료의 방향성을 저해하지 않는다는 사실을 밝혀내었다. 따라서, 접합 작업 후에, 렌즈(1)는 편광 필름(2a)의 초기 상태의 편광 효과와 실질적으로 동등한 우수한 편광 효과를 가진다.
또한, 렌즈(1)로 편광 구조체(2)를 부착하는 중에 체임버(100) 내에 진공을 유지하면, 편광 구조체(2)와 렌즈(1) 사이에 접착제 구조체(3)에 의해 포착되는 의도하지 않은 모든 기포를 방지하는 데 도움이 된다.
편광 구조체(2)를 미리 가열하는 예비 단계는, 필요하다면 편광 구조체(2)가 열성형될 수 있도록, 패드(111)가 하강하고 렌즈(1)가 편광 구조체(2)로 상승하기 전에 실시될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
도 3a 내지 도 3c는 렌즈(1)로의 편광 구조체(2) 부착을 위해 사용 가능한 다른 장치를 나타낸다. 도 3a에 따르면, 2개의 팽창성 격막으로 이루어진 가압 시스템은 도면부호 200과 도면부호 300으로 각각 나타낸 제1 및 제2 장치를 포함한다. 도 3b는 분리된 형상의 2개의 장치를 나타낸다.
2개의 장치(200, 300)는 2개의 측부 플랜지(301, 302)에 의하여 소정 간격(400)(도 2c)을 유지하면서 서로 결합될 수 있다. 플랜지(301, 302)는 장치(300) 와 일체화될 수도 있고 홈(303, 304)을 구비한다. 장치(200)는 측부 레일(203, 204)을 구비함으로써, 활주로를 형성하는 홈(303, 304)을 따라 이동하는 레일(203, 204)에 의하여 장치(200, 300)가 서로 간단하게 결합될 수 있다.
설명되고 있는 본 발명의 실시예에서, 각 장치(200 또는 300)는 개구부(211 또는 311)를 구비하는 본체(210 또는 310)를 포함한다. 개구부는 렌즈(1)의 크기보다 약간 크다. 폐쇄 부재(closure part)(212 또는 312)는 본체(210 또는 310)에 결합될 수 있고, 본체의 개구부 둘레에서 부재(212 또는 312)와 본체(210 또는 310) 사이에 탄성 격막(213 또는 313)을 파지(pinching)한다. 또한, 각 폐쇄 부재(212, 312)는, 폐쇄 부재와 대응 격막 사이에 가압 가스를 도입하기 위한 가스 유입 수단을 구비한다. 이 유입 수단은, 폐쇄 부재(212 또는 312) 내에 가공된 내부 도관부(214 또는 314), 외부 도관부(215 또는 315) 및 가압 가스원(도시 생략)으로의 연결을 위한 시스템(216 또는 316)을 포함한다. 본체(210 또는 310)에는 외부 도관부(215 또는 315)의 통과를 위하여 오목부(217 또는 317)가 제공된다. 각 본체(210 또는 310)는 개구부(211 또는 311) 주위에 직선형 내경부(straight bore)(218 또는 318)를 구비하고, 내경부는 폐쇄 부재(212 또는 312)를 개구부에 대하여 중앙 위치에 유지시키기에 적합하다. 각 본체는 개구부를 통해 격막(213 또는 313)의 변형을 안내하기 위한 원추형 표면부(219a 또는 319b)를 또한 포함한다. 표면부(219b 또는 319b)를 연결하는 곡선은 내경부(218 또는 318)를 원추형 표면부(219a 또는 319a)에 연결한다. 마지막으로, 각 장치(200 또는 300)에 대하여, 폐쇄 부재(212 또는 312)는, 나사 결합형 브라켓(220 또는 320)에 의하여 격막(213 또는 313)을 밀봉 상태로 파지하면서, 본체(210 또는 310)에 고정되어 유지된다.
도 3c와 도 4a는 조립 상태에서의 2개의 장치를 나타내며, 격막(213, 313)은 각각 가스 압력에 의해 부분적으로 팽창되어 있다.
이러한 제2 변형 실시예의 방법을 사용하기 위해서는, 편광 구조체(2)에 소정 형상을 부여하도록, 바람직하게는 렌즈(1)의 주 곡률 반경에 근접한 곡률 반경을 가진 구면 형상을 부여하도록, 편광 구조체를 예비 성형할 필요가 있다. 이러한 예비 성형 단계는, PVA계 층상 구조체와 셀룰로스 트리아세테이트계 보호 필름의 경우에 매우 적합한 미국 공개특허공보 제US 2005/0121835호에 기재된 열성형 방법과 장치를 채용할 수 있다.
열성형 단계 전에, 편광 구조체(2)는 연화되도록 가열된다. 이 단계는 예를 들면 설정점 온도가 80℃와 195℃ 사이이고 바람직하게는 130℃와 195℃ 사이인 적외선 세라믹에 의해 실시될 수 있고, 따라서 편광 구조체(2)의 온도는 층상 구조체의 주요 구성물의 유리 전이 온도에 근접한다. 이 가열은 5초와 30분 사이, 바람직하게는 20초와 1분 사이의 시간 동안 유지된다.
전술한 바와 같은 편광 구조체(2)의 열성형 단계를 실시함에 있어서, 특히, 열성형 스테이션 내의 소정 위치에 고정된 상기 구조체에 압력을 제어하여 가하고, 균일하게 분포된 고온 가스의 기류를 장치 전체에 걸쳐서 적용한다. 20℃와 165℃ 사이, 바람직하게는 90℃와 130℃ 사이의 온도로 가열된 가스의 기류는, 20psi와 290psi 사이, 바람직하게는 60psi와 120psi의 압력이 5초와 15분 사이의 시간, 바람직하게는 20초와 60초 사이의 시간 동안 편광 구조체(2)에 적용되는 것을 가능하 게 한다. 그러한 작업 조건에 의하여, 편광 구조체(2)가 변형되고 장치의 하부에 존재하는 삽입체의 형상에 상응하게 되다. 이렇게 예비 성형된 편광 구조체(2)는 평면으로 잔존하는 주위로부터 분리되도록 절단될 수 있다.
이와 같이 예비 성형된 편광 구조체(2)를 렌즈(1)에 대해 가압하고 접착제 층(3)을 압축하는 단계에 대하여, 도 4b 내지 도 4f를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 장치(200)가 분리되고 층상 구조체(2)가 장치(300)의 격막(313) 상에 배치된다. 편광 구조체(2)가 접착제 층(3)을 구비하면, 편광 구조체(2)는 접착제 구조체(3)가 위로 향하도록 방향이 설정된다.(도 4b 내지 도 4f에 따른 변형 실시예의 방법).
이어서, 렌즈(1)가 편광 구조체(2) 상에 배치되며, 렌즈의 볼록면은 아래를 향하도록 배치된다. 렌즈(1)가 볼록면에 접착제 구조체(3)를 구비하면, 접착제 구조체(3)는 아래로 향하고 편광 구조체(2)와 대향한다(도 4b와 도 4c). 편광 구조체(2)가 미리 예비 성형된 경우에, 편광 구조체(2)와 렌즈(1)는 실질적으로 상보적인 접촉 표면을 구비할 수 있다.
그 후, 장치(200)는 레일(203, 204)이 플랜지(301, 302)의 홈(303, 304)에 맞물림으로써 장치(300)와 결합된다. 2개의 격막(213, 313)은 이와 같이 렌즈(1)와 구조체(2)의 양측에서 서로 대향하게 되다. 다음으로, 장치(200)의 폐쇄 부재(212)와 격막(213) 사이에 존재하는 공간(cavity) 내로 가압 가스가 유입된 후에, 격막(213)은 팽창에 의해 렌즈의 후면과 접촉한다. 도 4d는 그러한 구성을 나타내고, 도 4e는 도 4d에 대응하는 단면도로서 팽창된 격막(213)을 명확히 나타내고 있다.
마지막으로, 장치(200)의 부재(212)와 격막(213) 사이의 압력은 실질적으로 일정하게 유지되며, 장치(300)의 부재(312)와 격막(313) 사이의 가스 압력은 장치(200) 내의 폐쇄 부재(212)와 격막(213) 사이의 압력과 동일하게 조절된다. 그러한 작업 방법은 렌즈(1)와 편광 구조체(2)의 이동이 발생하는 것을 방지한다. 따라서, 격막(313)은 편광 구조체(2)를 향해 팽창하고, 격막(213)은 렌즈(1)의 지지 표면으로서의 역할을 한다. 격막(313)의 압력은, 격막(313)이 변형되어 편광 구조체(2)의 표면 전체에 대해 부착될 때까지 증가한다(도 4f). 이러한 방식으로, 격막(313)의 압력은 렌즈(1)의 표면의 각 부위에 접착제 층(3)으로 전달된다. 따라서, 편광 구조체(2)는 렌즈(1)에 대해 균일하게 부착된다.
그 후, 장치(200, 300) 내부의 가스 압력은 감소되고 렌즈는 회수된다. 따라서, 편광 구조체(2)는 접착제 층(3)을 통해 렌즈(1)의 볼록면에 접합된다. 본 발명자들이 밝혀낸 바에 의하면, 그러한 방법은, 편광 구조체(2)가 렌즈(1)에 접합되기 전에 측정된 편광 콘트라스트(polarization contrast)의 초기 값에 비하여, 필름(2a)의 편광 콘트라스트의 저하를 일으키지 않는다. 또한, 얻어진 편광 렌즈는 양호한 광학 품질을 나타낸다.
선택적으로, 도 5에 도시된 다른 변형 실시예의 방법에서, 하나의 격막이 이용될 수 있다. 이 경우에, 격막(313)을 구비하는 장치(300)가 존재하고, 격막(213)을 구비하는 장치(200)는 도 3b의 홈(303, 304)(도 5에는 도시 생략) 내에 맞물리는 강성 판(rigid plate)(500)으로 대체된다. 렌즈(1)는, 장치(200)를 대체한 강성 판(500)에 의해, 또는 렌즈(1)를 지지하는 기능을 수행할 수 있도록 하는 형상과 강성을 가지는 다른 요소에 의해, 오목부(concave side)의 소정 위치에 유지된다. 따라서, 편광 구조체(2)를 접착제 층(3)에 의해 렌즈(1)에 적용하기 위한 방법의 절차는, 장치(300)에 고정된 격막(313)을 가압하는 것으로 단순화된다.
물론, 상세히 전술한 본 발명의 실시예에 많은 변경이 도입될 수 있다. 특히, 본 발명의 장점들 중 적어도 일부를 유지하면서, 아래와 같은 변경 실시예가 가능하다.
- 편광 필름은, 특히 층상 구조가 단지 PVA계 편광 필름으로 형성된 경우, 즉 보호 필름을 구비하지 않는 경우에, 층상 구조체가 광학 기부 요소에 가압되기 전에 제어된 방식으로 습윤 처리(moistening)될 수 있다. 그러한 습윤 처리는 편광 필름이 광학 기부 요소의 표면 곡률을 더욱 용이하게 따를 수 있도록 한다.
- 접착제 구조체(3)는 동일하거나 다른 유형의 광학 품질의 2개의 “감압” 접착제 층을 포함할 수 있고, 2개의 접착제 층은 예를 들면 두께가 10㎛인 PET 필름과 같은 삽입 필름(insert film) 의해 분리된다. 렌즈(1)에 복잡한 접착제 구조체(3)가 조합된 후에, 접착제 층들 중 하나는 광학 기부 요소와 삽입 필름 사이에 배치하고, 나머지 하나의 접착제 층은 삽입 필름과 편광 구조체 사이에 배치된다. 2개의 분리된 감압 접착제에 기초한 그러한 구성은 이러한 접착제의 선택이 서로 독립적으로 최적화될 수 있도록 함으로써, 한편으로는 편광 구조체에, 다른 한편으로는 광학 기부 요소에, 더욱이 삽입 필름의 양면에 우수한 접착성이 얻어지게 된다.
- 얻어진 편광 광학 요소는, 층상 구조체 내에 존재하는 모든 변형(strain) 이 감소하도록, 편광 구조체가 광학 기부 요소에 가압된 후에 가열될 수 있다. 그러한 가열은 예를 들면 오븐 내에서 80℃에서 1시간 동안 실시될 수 있다.
- 그리고, 광학 기부 요소에 접합된 편광 구조체가 단지 편광 필름에 의해서 형성된 경우, 편광 필름의 보호를 위하여, 편광 필름에 기능성 코팅층이 부착될 수 있다. 그러한 코팅층은 특히 광학 및 안과 분야에서 일반적으로 사용되는 코팅층과 같은 충격-저항성 또는 내마모성 코팅층일 수 있다.
<실시예>
실시예 1: 1.665 굴절률 및 6.75 디옵터 베이스의 안과용 편광 렌즈 제조
렌즈 또는 만곡형 필름의 베이스(base)는, 1.53의 굴절률 및 동일 곡률을 가진 평철(plano-convex) 렌즈의 굴절력(refractive power)인 것으로 정의된다.
편광 층상 구초제(2)는 폴라테크노(Polatechno)에 의해 생산되는 셀룰로스 트리아세테이트/PVA/셀룰로스 트리아세테이트 형태의 SHC-128UP 편광 필름이며, 총 두께가 213㎛이다.
이 초기 평면형 필름은 열성형된 후에, 6.00 디옵터(diopter) 베이스에 해당하는 곡률을 가진 구의 일부를 형성하도록 원형으로 절단된다. 이와 같이 열성형된 필름의 볼록면은 코로나 방전에 의해 처리된다.
1.665 굴절률과 6.75 디옵터 베이스의 폴리티오우레탄(polythiourethane)계 광학 렌즈의 볼록면에 코로나 방전 처리가 실시된다.
그 후, 렌즈는, 반제품 렌즈의 고정 및 표면 처리 단계 전에 보호 필름을 부착하는 데 일반적으로 사용되는 당업자에게 공지된 장치의 진공 모듈 내에 배치된 다.
니토 덴코(Nitto Denko)에 의해 판매되는 CS9621 감압 접착제 층상 구조체(3)는 두께 25㎛의 폴리아크릴레이트계 접착제 층으로 이루어져 있고, 2개의 보호성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이 접착제 필름의 양면에 존재한다. 2개의 PET 필름 중 하나가 박리된 후에, 접착제 층상 구조체는, PSA 층이 렌즈의 볼록면과 대향하도록 진공 모듈에 적용된다. 그 후, PSA/PET 층상 구조체는 고온 증기의 사용에 의해 가열되고, 따라서 PSA 층을 지지하는 PET 필름은 상당한 정도로 연화된다. 그 후, 진공 모듈은 작동되고, 상당히 변형된 PSA/PET 필름은 모듈 내에서 상승하는 렌즈의 볼록면과 접촉하게 된다. 따라서, PSA/PET 필름은 렌즈의 볼록면 전체에 걸쳐서 부착된다.
이와 같이 PSA/PET 층상 구조체로 코팅된 렌즈는 도 5에 도시된 단일 격막 장치(500)로 바로 이송되거나, 저장된 후에 이송된다.
PSA를 보호하는 PET 필름이 제거되고 렌즈가 장치(500) 내에 배치된다. 그 후, 예비 성형된 편광 층상 구조체(2)가 렌즈의 상부에 배치되며, 이 때 상기 구조체(2)의 오목면이 렌즈(1)의 볼록면과 대향하고 대향된 각 면의 형상의 중심이 중첩되도록 배치된다.
그 후, 장치(500)의 격막(313)은 압축 공기의 사용으로 (장치의 도면부호 314, 315 및 316의 부분을 통해) 가압된다. 따라서, 격막(313)은 변형되고, 렌즈의 표면에 존재하는 PSA 필름에 대하여 편광 층상 구조체(3)를 점진적으로 가압한다. 격막(313)에 35psi의 압력이 10초 동안 유지된다. 마지막으로, 격막이 수축되 고 나서 편광 렌즈가 얻어진다.
그 후, 이렇게 얻어진 렌즈는 반제품 렌즈인 경우에 통상적인 표면 처리 단계와, 그 후의 통상적인 트리밍(trimming) 단계를 거친다.
실시예 2: 1.67 굴절률과 4.0 베이스의 편광 안과용 렌즈의 제조
편광 층상 구조체(2)는 니토 덴코에서 TEG1465DU의 품명으로 제조되는 셀룰로스 트리아세테이트/PVA/셀룰로스 트리아세테이트 유형의 편광 필름이며, 두께가 대략 20㎛인 폴리아크릴레이트 PSA 층을 포함한다. 편광 층상 구조체(2)는 두께가 대략 110㎛이므로, 상용 필름의 전체 두께는 대략 130㎛이다. 편광 필름의 한 면과 반대면 각각에는, 2개의 가요성 박리형 보호 필름이 배치된다.
이 필름은 처음에는 평면형이다. PSA 층(3) 쪽에 위치한 박리형 보호 필름이 박리된 후에, 필름은 저압 체임버(100)와 가압 시스템(110)을 포함하는 도 2에 도시된 장치와 유사한 장치에 고정된다. 보다 정확하게는, 필름은 PSA 층(3)이 체임버(100) 내에 이미 배치된 렌즈의 볼록면과 대향하도록 링(102)에 의해 체임버(100)에 고정된다. 렌즈(1)는 가시광 영역의 파장에 대하여 굴절률이 대략 1.67인 열경화성 폴리머로 이루어지고, 직경이 65mm이고, 대략 4.0 베이스 표면에 해당하는 곡률 반경 133mm의 구형 볼록면을 구비한다.
편광 필름은 90℃의 평균 온도에 도달할 때까지 고온 공기 건(gun)에 의해 가열된다. 쇼어 00 경도가 54인 실리콘(silicone) 패드(111)가 필름에 대략 10N의 기계적 힘을 미칠 때까지 필름 상으로 하강한다. 필름과 접촉하는 패드의 면은 중심에서 대략 43mm의 곡률 반경을 가진다. 그 후, 렌즈는, 체임버(100) 내에 500mbar로 측정되는 진공 생성에 의하여, 필름에 지지된 접착제 층(3)과 접촉하게 된다. 렌즈의 이동에 의하여, 편광 층상 구조체(2)는 렌즈의 볼록면의 형상과 점진적으로 정합하게 된다. 그에 따라 동시에, PSA 층은 렌즈의 볼록면과 점진적으로 접촉하게 된다. 체임버(100) 내의 진공 형성 직후에, 패드(111)는 다시 하강하여 렌즈와 접촉하는 필름에 대략 450N의 기계적 힘을 가함으로써, 렌즈 상에 필름의 성형이 완료되고 PSA 층(3)이 부착되도록 하는 것을 가능하게 한다. 힘은 5초 동안 유지된다. 따라서, 편광 필름의 표면에는 아직 존재하여 박리될 보호 필름만이 남아 있게 된다.
그 후, 이와 같이 얻어진 렌즈는 반제품 렌즈인 경우에 일반적인 표면 처리 단계를 거치고, 그 후 일반적인 트리밍 단계를 거친다.

Claims (33)

  1. - 광학 기부 요소와,
    - 적어도 하나의 편광 필름(2a)을 포함하는 층상 구조체(2)를 포함하며, 상기 편광 필름은 적어도 하나의 이색성 염료를 함유하고 배향되어 있는 편광 광학 요소에 있어서,
    광학 기부 요소의 표면에 층상 구조체(2)가 영구히 유지되도록, 광학 기부 요소(1)의 한 면과 층상 구조체(2) 사이에 배치된 광학 품질의 감압 접착제 층을 적어도 하나 포함하는 층상 구조체(3)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    편광 필름(2a)은 폴리비닐 알코올계 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트계인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    층상 구조체(2)는 편광 필름(2a)을 보호하기 위한 적어도 하나의 보호 필름(2b)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  4. 제3항에 있어서,
    보호 필름(2b)은 셀룰로스 트리아세테이트계, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 폴리카보네이트계 또는 폴리아미드계인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    보호 필름(2b)은 편광 필름(2a)의 광학 기부 요소(1)로부터 반대쪽 면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  6. 제5항에 있어서,
    보호 필름(2b)의 편광 필름(2a)으로부터 반대쪽에, 보호 필름(2b) 상에 배치된 적어도 하나의 기능성 코팅층을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  7. 제1항에 있어서,
    편광 필름(2a) 상에 직접 배치된 적어도 하나의 기능성 코팅층을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(2)는 편광 필름(2a)의 양측에 배치된 2개의 보호 필름(2b, 2c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  9. 제8항에 있어서,
    2개의 보호 필름(2b, 2c)은 동일한 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  10. 제8항에 있어서,
    2개의 보호 필름(2b, 2c)은 서로 다른 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  11. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(3)의 감압 접착제는 폴리아크릴레이트계의 화합물과 스티렌계의 블록 공중합체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  12. 제11항에 있어서,
    감압 접착제는 폴리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  13. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(3)는 두께가 0.5㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  14. 제13항에 있어서,
    층상 구조체(3)는 두께가 2㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  15. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 기부 요소(1)는 적어도 하나의 폴리카보네이트 화합물, 적어도 하나의 폴리아미드 화합물, 디에틸렌 클리콜-비스(알릴 카보네이트) 폴리머 또는 공중합체, 티오우레탄 폴리머 또는 공중합체, 또는 에피설파이드 폴리며 또는 공중합체로 이루어진 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  16. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(3)는 제1 및 제2 감압 접착제로 각각 이루어진 광학 품질의 2개의 접착제 층과 삽입 필름을 포함하고, 상기 제1 감압 접착제 층은 광학 기부 요소(1)와 삽입 필름 사이에 배치되고, 상기 제2 감압 접착제 층은 삽입 필름과 층상 구조체(2) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  17. 제16항에 있어서,
    제1 감압 접착제와 제2 감압 접착제는 서로 다른 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  18. 제16항에 있어서,
    제1 감압 접착제와 제2 감압 접착제는 동일한 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  19. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 기부 요소(1)는 안과용 렌즈인 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  20. 제19항에 있어서,
    층상 구조체(2)는 안과용 렌즈의 전면에 위치하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 항에 기재된 편광 광학 요소를 제조하는 방법으로서,
    층상 구조체(2)를 광학 기부 요소(1)의 표면에 대해 가압하고,
    적어도 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체(3)는 상기 층상 구조체(2)와 상기 광학 기부 요소(1) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    적어도 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체(3)를 우선 광학 기부 요소(1)의 표면 상에 가압한 후에,
    상기 층상 구조체(3)의 광학 기부 요소로부터 반대쪽 면에, 층상 구조체(2) 를 층상 구조체(3) 상에 가압하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    층상 구조체(3)는 초기에 2개의 박리형 라이너 사이에 삽입되어 있고,
    제조 방법은,
    /a1/ 2개의 박리형 라이너 중 하나를 박리하여 감압 접착제 층의 일면을 노출하는 단계,
    /b1/ 감압 접착제 층의 2개의 박리형 라이너 중 나머지 하나를 통해, 감압 접착제 층의 노출면을 광학 기부 요소(1)의 표면 상에 가압하는 단계,
    /c1/ 2개의 박리형 라이너 중 나머지 하나를 박리하여 감압 접착제 층(3)의 나머지 한 면을 노출하는 단계, 및
    /d1/ 층상 구조체(2)를 감압 접착제 층의 노출된 나머지 한 면에 가압하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    단계 /a1/과 단계 /b1/ 사이에, 감압 접착제 층(3)에 지지된 나머지 하나의 라이너를 가열하여, 나머지 하나의 라이너를 연화시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    적어도 하나의 감압 접착제 층을 포함하는 층상 구조체(3)를 우선 층상 구조체(2) 상에 가압한 후에, 층상 구조체(2)를 통해, 층상 구조체(3)의 층상 구조체(2)로부터 반대쪽의 광학 기부 요소(1)에 대해 가압하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    층상 구조체(3)는 초기에 2개의 박리형 라이너 사이에 삽입되어 있고,
    제조 방법은,
    /a2/ 2개의 박리형 라이너 중 하나를 박리하여 감압 접착제 층의 한 면을 노출하는 단계,
    /b2/ 감압 접착제 층의 2개의 라이너 중 나머지 하나를 통해, 감압 접착제 층의 노출면을 층상 구조체(2) 상에 가압하는 단계,
    /c2/ 2개의 박리형 라이너 중에서 나머지 하나를 박리하여 감압 접착제 층의 나머지 한 면을 노출하는 단계, 및
    /d2/ 층상 구조체(2)를 통해, 감압 접착제 층의 나머지 하나의 노출면을 기부 광학 요소(1)의 표면에 가압하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    감압 재료를 포함하는 층상 구조체(3)를, 스핀 코팅 또는 분무 코팅 공정이나 커튼 코팅기의 사용에 의해 액상 형태로, 광학 요소(1)의 한 면 또는 층상 구조체(2)의 한 면, 또는 광학 요소의 한 면과 층상 구조체(2)의 한 면에 부착하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(2)를 광학 기부 요소의 표면에 대해 가압하기 전에 예비 성형하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    층상 구조체(2)의 평균 곡률 반경이 광학 기부 요소(1)의 평균 곡률 반경보다 크도록, 층상 구조체(2)를 예비 성형하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    층상 구조체(2)의 예비 성형은 열성형 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  31. 제25항 또는 제26항과 조합된 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(3)를 층상 구조체(2) 상에 가압한 후에, 층상 구조체(2)를 통해 층상 구조체(3)를 광학 기부 요소에 대해 가압하기 전에, 층상 구조체(2)를 층상 구조체(3)와 함께 예비 성형하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  32. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(2)를 광학 기부 요소(1)에 대해 가압하기 전에, 광학 필름(2a)을 습윤 처리하는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
  33. 제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    층상 구조체(2)를 광학 기부 요소(1)에 대해 가압하기 전에, 편광 광학 요소를 가열하여 층상 구조체 내에 존재하는 변형을 감소시키는 것을 특징으로 하는 편광 광학 요소 제조 방법.
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